DE102007009456A1 - Manufacturing lightweight magnesium alloy wheel for automobile, uses alloy with specified minor constituents including neodymium, ytterbium, zinc and zirconium - Google Patents

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    • C22F1/06—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of magnesium or alloys based thereon

Abstract

The composition of the alloy, in each case expressed as a percentage by weight, is as follows: Nd 2.7-3.3, Y 1.8-2.4, Zn 0.2-0.8, Zr 0.2-0.6. On the same basis (wt%) the Si content is less than 0.03, Cu less than 0.005, Fe less than 0.005 and Ni less than 0.001. The remainder comprises magnesium and insignificant impurities. Further alternative compositions are quantified. The wheel is made by forging and subsequent drawing-down. Forging takes place at 400-450[deg] C. The maximum forging velocity is 15 mm/s. Drawing takes place at 400-450[deg] C at a maximum rate of 0.7 m/minute. The degree of deformation per rolling stage is up to 0.5. An independent claim IS INCLUDED FOR the corresponding method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verwendung einer Magnesiumlegierung als Werkstoff zur Herstellung eines Rades. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rades aus einer Magnesiumlegierung.The The present invention relates to a use of a magnesium alloy as a material for producing a wheel. Furthermore The present invention relates to a process for the preparation a wheel made of a magnesium alloy.

Serienräder für Kraftfahrzeuge bestehen in der Regel aus Stahl oder aus Aluminium und sind daher vergleichsweise schwer. Daher muss das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs entsprechend dimensioniert werden, wodurch sich das Fahrwerks– und damit auch das Fahrzeuggewicht erhöht. Um das Gewicht der Räder zu verringern, ist aus dem Stand der Technik bekannt, leichter umformbare Legierungen, beispielsweise eine AZ80-Legierung, als Werkstoff zu deren Herstellung zu verwenden. Die Verwendung derartiger Legierungen hat jedoch den Nachteil, dass die Festigkeit und die Lebensdauer der Räder verringert werden. Häufig werden Fahrzeugräder in einem Gießprozess hergestellt, der eine geringere Festigkeit und ein höheres Gewicht des Rades zur Folge hat. Eine bekannte Maßnahme zur Verringerung des Radgewichts besteht darin, die Raddimensionen zu verringern. Derartige Räder mit verringerten Raddimensionen eignen sich jedoch insbesondere nicht für größere Fahrzeuge.standard wheels for motor vehicles are usually made of steel or Made of aluminum and are therefore relatively heavy. Therefore, must the chassis of a motor vehicle are dimensioned accordingly, which the chassis and thus the vehicle weight elevated. To reduce the weight of the wheels, is known from the prior art, easier to form alloys, For example, an AZ80 alloy, as a material for their preparation to use. However, the use of such alloys has the Disadvantage that the strength and service life of the wheels be reduced. Frequently are vehicle wheels produced in a casting process, which has a lower strength and a higher weight of the wheel result. An acquaintance A measure to reduce wheel weight is to to reduce the wheel dimensions. Such wheels with reduced However, wheel dimensions are not suitable in particular for larger vehicles.

Aus dem Stand der Technik sind bereits Magnesiumlegierungen mit verschiedenen Zusammensetzungen bekannt, die als leichteste Metallwerkstoffe beispielsweise in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Eine Magnesiumlegierung, die unter der Bezeichnung MRI201S bekannt ist, wurde insbesondere für die Anwendung bei hohen Temperaturen entwickelt. In der europäischen Patentanmeldung EP 1 329 530 A1 sind zahlreiche Verarbeitungsverfahren für diese Legierung, insbesondere Gießen und nachfolgendes Umformen in Form von Strangpressen und Schmieden, offenbart. Die in der vorstehend genannten Druckschrift offenbarte Magnesiumlegierung ist grundsätzlich als Werkstoff zur Herstellung eines Rads für ein Kraftfahrzeug geeignet. Allerdings weist diese Magnesiumlegierung nachteilige Umformeigenschaften auf, die die Herstellung des Rades erschweren.Magnesium alloys having various compositions which are used as the lightest metal materials, for example in the automotive industry, are already known from the prior art. A magnesium alloy known as MRI201S has been developed especially for use at high temperatures. In the European patent application EP 1 329 530 A1 Numerous processing methods for this alloy, in particular casting and subsequent forming in the form of extrusion and forging, are disclosed. The magnesium alloy disclosed in the aforementioned publication is basically suitable as a material for producing a wheel for a motor vehicle. However, this magnesium alloy has adverse forming properties, which make the production of the wheel difficult.

Hier setzt die vorliegende Erfindung an.Here uses the present invention.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung einer Magnesiumlegierung mit verbesserten Umformeigenschaften als Werkstoff zur Herstellung eines Rades vorzuschlagen, so dass ein Rad mit einem geringeren Gewicht zur Verfügung gestellt werden kann. Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Rades aus einer Magnesiumlegierung vorzuschlagen, mittels dessen ein Rad mit einem geringeren Gewicht erzeugt werden kannOf the present invention is based on the object, a use a magnesium alloy with improved forming properties than To propose material for the production of a wheel, so that a wheel be provided with a lower weight can. Furthermore, the present invention has the object to propose a process for producing a magnesium alloy wheel, by means of which a wheel with a lower weight can be generated can

Die Lösung dieser Aufgabe liefert eine Verwendung einer Magnesiumlegierung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Verwendung einer Magnesiumlegierung mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Ferner wird die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 3 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The Solution to this problem provides a use of a magnesium alloy with the features of claim 1 and a use of a magnesium alloy with the features of claim 2. Further, the present Invention underlying object with regard to the method by a method having the features of claim 3 and by a method with the features of claim 4 solved. The subclaims relate to advantageous developments the invention.

Gemäß Anspruch 1 weist eine Magnesiumlegierung, die vorzugsweise in einem Schmiedeprozess zur Herstellung eines Rades verwendet wird, folgende alternative Zusammensetzung auf
2,7–3,3 Gew.-% Nd,
1,8 – 2,4 Gew.-% Y,
0,2–0,8 Gew.-% Zn,
0,2–0,6 Gew.-% Zr,
< 0,03 Gew.-% Si,
< 0,005 Gew.-% Cu,
< 0,005 Gew.-% Fe,
< 0,001 Gew.-% Ni,
Rest Mg mit Verwesentlichen Verunreinigungen. Diese Magnesiumlegierung soll nachfolgend aus Vereinfachungsgründen kurz als MRI301F bezeichnet werden.According to claim 1, a magnesium alloy, which is preferably used in a forging process for producing a wheel, has the following alternative composition
2.7-3.3 wt% Nd,
1.8-2.4% by weight of Y,
0.2-0.8% by weight of Zn,
0.2-0.6 wt% Zr,
<0.03 wt% Si,
<0.005 wt% Cu,
<0.005 wt% Fe,
<0.001% by weight of Ni,
Remaining Mg with impurities. For reasons of simplification, this magnesium alloy will be briefly referred to below as MRI301F.

Gemäß Anspruch 2 weist eine Magnesiumlegierung, die vorzugsweise in einem Schmiedeprozess zur Herstellung eines Rades verwendet wird, folgende Zusammensetzung auf
1,0–2,5 Gew.-% Zn,
0,05–0,4 Gew.-% Nd,
0,05–0,25 Gew.-% Y,
0,1–0,5 Gew.-% Zr,
0,03–0,15 Gew.-% eines Mischmetalls auf Ce-Basis,
Rest Mg mit unwesentlichen Verunreinigungen. Diese Magnesiumlegierung soll nachfolgend aus Vereinfachungsgründen kurz als MRI302F bezeichnet werden.According to claim 2, a magnesium alloy, which is preferably used in a forging process for producing a wheel, has the following composition
1.0-2.5 wt% Zn,
0.05-0.4 wt% Nd,
0.05-0.25% by weight of Y,
0.1-0.5% by weight Zr,
0.03-0.15 wt% of a Ce-based mischmetal,
Remaining Mg with negligible impurities. For reasons of simplification, this magnesium alloy will be briefly referred to below as MRI302F.

Ein Vorteil der hier vorgeschlagenen erfindungsgemäßen Verwendungen der Magnesiumlegierungen MRI301F beziehungsweise MRI302F als Werkstoffe zur Herstellung eines Rades – wobei die Herstellung vorzugsweise durch Schmieden und anschließendes Abstrecken erfolgen kann – besteht darin, dass das Gewicht des Rades bis etwa 30% gegenüber einem Aluminiumrad reduziert werden kann. Die Masse eines Rades, das aus den vorstehend genannten Legierungen hergestellt wird, beträgt lediglich etwa 7 kg. Im Vergleich dazu besitzt ein Aluminium-Serienrad eine Masse von etwa 10,5 kg. Durch die Verwendung der Magnesiumlegierungen MRI301F oder MRI302F als Werkstoffe können ferner die Festigkeit und die Lebensdauer der Räder erhöht werden. Diese Vorteile ergeben sich insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Magnesiumlegierungen, wie zum Beispiel AZ80. Es hat sich ferner gezeigt, dass die Räder, die durch Verwendung der Magnesiumlegierungen MR1301F beziehungsweise MRI302F hergestellt werden, eine erheblich verbesserte Kriechbeständigkeit aufweisen.One Advantage of the invention proposed here Uses of magnesium alloys MRI301F and MRI302F as materials for making a wheel - the Production preferably by forging and subsequent Can take place - is that the weight of the Rades reduced to about 30% compared to an aluminum wheel can be. The mass of a wheel made from the above Alloys produced is only about 7 kg. In comparison, a standard aluminum wheel has a mass of about 10.5 kg. By using the magnesium alloys MRI301F or MRI302F as materials can also improve the strength and the life of the wheels can be increased. These Advantages arise in particular compared to conventional ones Magnesium alloys, such as AZ80. It has further shown that the wheels by using the magnesium alloys MR1301F and MRI302F, respectively have improved creep resistance.

Die Magnesiumlegierungen MRI301F beziehungsweise MR1302F liegen in vorteilhafter Weise als Knetlegierungen vor. Auf Grund der vorteilhaften mechanischen Eigenschaften dieser Legierungen (hohe Kriechbeständigkeit, hohe Warmfestigkeit, sehr gute Ermüdungsfestigkeit) ergeben sich besondere Vorteile für die Herstellung eines Rades durch ein Schmiedeverfahren. Geschmiedete Bauteile haben gegenüber gegossenen Bauteilen deutliche Vorteile im Hinblick auf ihre Festigkeit und ihr Gewicht. Deshalb ist das Schmiedeverfahren für das Sicherheitsbauteil Rad besonders relevant.The Magnesium alloys MRI301F and MR1302F are more advantageous Wise as wrought alloys. Due to the advantageous mechanical Properties of these alloys (high creep resistance, high heat resistance, very good fatigue strength) particular advantages for the production of a wheel through a forging process. Forged components have opposite cast components significant advantages in terms of their strength and her weight. Therefore, the forging process is for the safety component wheel particularly relevant.

Gemäß Anspruch 3 wird ein Rad aus einer Magnesiumlegierung mit der Zusammensetzung
2,7–3,3 Gew.-% Nd,
1,8–2,4 Gew.-% Y,
0,2–0,8 Gew.-% Zn,
0,2–0,6 Gew.-% Zr,
< 0,03 Gew.-% Si,
< 0,005 Gew.-% Cu,
< 0,005 Gew.-% Fe,
< 0,001 Gew.-% Ni,
Rest Mg mit unwesentlichen Verunreinigungen,
durch Schmieden und anschließendes Abstrecken hergestellt, wobei das Werkstück bei einer Temperatur zwischen 400°C und 450°C geschmiedet wird.According to claim 3 is a wheel of a magnesium alloy with the composition
2.7-3.3 wt% Nd,
1.8-2.4% by weight of Y,
0.2-0.8% by weight of Zn,
0.2-0.6 wt% Zr,
<0.03 wt% Si,
<0.005 wt% Cu,
<0.005 wt% Fe,
<0.001% by weight of Ni,
Residual Mg with negligible impurities,
made by forging and then ironing, wherein the workpiece is forged at a temperature between 400 ° C and 450 ° C.

Bei einem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren wird gemäß Anspruch 4 ein Rad aus einer Magnesiumlegierung mit der Zusammensetzung
1,0–2,5 Gew.-% Zn,
0,05–0,4 Gew.-% Nd,
0,05–0,25 Gew.-% Y,
0,1–0,5 Gew.-% Zr,
0,03–0,15 Gew.-% eines Mischmetalls auf Ce-Basis,
Rest Mg mit unwesentlichen Verunreinigungen,
durch Schmieden und anschließendes Abstrecken hergestellt, wobei das Werkstück bei einer Temperatur zwischen 400°C und 450°C geschmiedet wird.In an alternative method according to the invention according to claim 4, a wheel made of a magnesium alloy with the composition
1.0-2.5 wt% Zn,
0.05-0.4 wt% Nd,
0.05-0.25% by weight of Y,
0.1-0.5% by weight Zr,
0.03-0.15 wt% of a Ce-based mischmetal,
Residual Mg with negligible impurities,
made by forging and then ironing, wherein the workpiece is forged at a temperature between 400 ° C and 450 ° C.

Das Werkstück kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Verfahren mit einer Geschwindigkeit von maximal 15 mm/s geschmiedet werdenThe Workpiece can in a preferred embodiment The process forged at a maximum speed of 15 mm / s become

In einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Werkstück bei einer Temperatur zwischen 400°C und 450°C abgestreckt werden.In an advantageous embodiment, the workpiece at a temperature between 400 ° C and 450 ° C be stripped.

Es besteht in einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Möglichkeit, dass das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von maximal 0,7 m/min abgestreckt wird.It consists in a particularly preferred embodiment the possibility that the workpiece with a Speed of a maximum of 0.7 m / min is stripped.

Das Umformen kann in einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem Umformgrad pro Walzschritt von maximal 0,5 erfolgen.The Forming can in a particularly preferred embodiment with a degree of deformation per rolling step of no more than 0.5.

Mit diesen Prozessparametern kann ein Rad mit einem besonders vorteilhaften Eigenschaftsprofil hergestellt werden.With these process parameters, a wheel with a particularly advantageous property profile can be produced be put.

Zur Bereitstellung eines Korrosionsschutzes können insbesondere anodische Oxidationsverfahren (zum Beipsiel Keronite) sowie ein Dreischicht-Lackaufbau (Füller, Decklack, Klarlack) vorgesehen sein.to Providing corrosion protection in particular anodic oxidation processes (for example Keronite) and a Three-layer paint system (filler, topcoat, clearcoat) provided be.

Die Magnesiumschmiederäder, die bislang nur aus Standardlegierungen (zum Beispiel AZ80, ZK60) gefertigt wurden, haben vergleichsweise eingeschränkte Eigenschaften im Vergleich zu einem Aluminiumschmiederad (geringere Festigkeit, niedrigere Warmfestigkeit oder schlechtere Kriechbeständigkeit). Mit den Magnesiumlegierungen MRI301F und MRI302F, die bei der Herstellung eines Rades vorzugsweise als Knetlegierung in einem Schmiede- und Abstreckprozess verwendet werden, kann dieser Nachteil vermieden werden.The Magnesium forged wheels, so far only from standard alloys (for example, AZ80, ZK60) have been made comparatively limited properties compared to an aluminum forged wheel (lower strength, lower heat resistance or lower creep resistance). With the magnesium alloys MRI301F and MRI302F used in the manufacture a wheel preferably as a wrought alloy in a forging and Ironing process can be used, this disadvantage can be avoided become.

BeispieleExamples

Anhand der nachfolgenden Beispiele soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden.Based The following examples are intended to illustrate the present invention in more detail be explained.

Zur Untersuchung des Drückwalzprozesses wurden Demonstratoren in Form von kleinen Modellräder geschmiedet und anschließend abgestreckt. Die Parameter Umformgrad, Umformgeschwindigkeit, Umformtemperatur sowie die Anzahl der Walzschritte wurden dabei variiert, um deren Einfluss auf die Bauteilqualität zu untersuchen.to Investigation of the flow-forming process became demonstrators forged in the form of small model wheels and then ironed. The parameters degree of deformation, forming speed, forming temperature and the number of rolling steps were varied to their Influence on component quality.

Bei den Untersuchungen stellte sich heraus, dass die Qualität der Walzproben, die durch Verwendung der Magnesiumlegierung MRI301F hergestellt wurden, weniger von der Temperatur, sondern sehr stark von den Faktoren Umformgrad pro Schritt und von der Umformgeschwindigkeit abhängt. Beispielsweise konnte festgestellt werden, dass eine Erhöhung der Walzgeschwindigkeit von 0,2 m/min auf 1,2 m/min die Qualität der Walzproben verschlechterte. Daraus ergibt sich, dass die Prozessparameter beim Drückwalzen der Prototypenräder dementsprechend angepasst werden können. Das bedeutet zum Beispiel, dass es vorteilhafter ist, in mehreren kleineren Umformschritten langsamer zu walzen. Dadurch sinken die erforderlichen Umformkräfte und somit die Belastung des Materials, so dass im Ergebnis auch die Ausschussquote verringert werden kann. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass offenbar ein Beheizen der Umformwerkzeuge während des Herstellungsprozesses besonders vorteilhaft ist, da es bei der Prototypenfertigung zu Rissen durch die Abkühlung der Oberfläche beim Kontakt mit den kalten Drückwalzen kam.at The research turned out that the quality rolling samples obtained by using magnesium alloy MRI301F were produced, less of the temperature but very strong of the factors degree of deformation per step and of the forming speed depends. For example, it could be stated that an increase in rolling speed of 0.2 m / min 1.2 m / min deteriorated the quality of the rolling samples. It follows that the process parameters during spin forming the prototype wheels can be adjusted accordingly. This means, for example, that it is more advantageous in several smaller forming steps slower to roll. As a result, the sink required forming forces and thus the burden of Materials, so that in the result also reduces the reject rate can be. In addition, it could be stated that apparently heating the forming tools during the manufacturing process is particularly advantageous because it is in the Prototype production to cracks by the cooling of the surface came in contact with the cold spinning rollers.

Die Untersuchungen konnten ferner zeigen, dass die aus der Magnesiumlegierung MRI301F geschmiedeten Modellräder im Vergleich zu den aus kommerziell erhältlichen Magnesiumlegierungen hergestellten Modellrädern sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen höhere Festigkeiten aufweisen. Dadurch können im Vergleich zu den bekannten, beispielsweise aus der Legierung AZ80 hergestellten Rädern erhebliche Gewichtsreduzierungen erreicht werden.The Investigations could further show that the magnesium alloy MRI301F forged model wheels compared to the out produced commercially available magnesium alloys Model wheels both at room temperature and at elevated Temperatures have higher strengths. Thereby can in comparison to the known ones, for example from the alloy AZ80 wheels produced significant weight reductions be achieved.

LastwechselzahlNumber of load cycles

Durch die Verwendung der hier vorgestellten Magnesiumlegierungen können also geringere Bauteilgewichte bei gleichen Festigkeiten erzielt werden. In Verbindung mit einer besseren Kriechfestigkeit sowie einer sehr guten Biegewechselfestigkeit sind diese Legierungen als Werkstoffe für die Herstellung dynamisch hoch belasteter und zum Teil auch thermisch beaufschlagter Bauteile (beispielsweise Fahrzeugräder) besonders vorteilhaft. Diese Vorteile werden insbesondere aus den Ergebnissen von Umlaufbiegeprüfungen an Rennsporträdern deutlich, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind. Tabelle 1: Legierung Lastwechselzahl AZ80 2.115.000 WE54 6.600.000 WE43 3.005.000 ZK60 1.692.000 MRI301F > 10.000.000 By using the magnesium alloys presented here so lower component weights can be achieved with the same strength. In conjunction with a better creep resistance and a very good bending fatigue strength, these alloys are particularly advantageous as materials for the production of dynamically highly loaded and partly also thermally acted components (for example vehicle wheels). These advantages are particularly evident from the results of cycle bending tests on racing bikes, which are summarized in Table 1. Table 1: alloy Number of load cycles AZ80 2115000 WE54 6600000 WE43 3005000 ZK60 1692000 MRI301F > 10,000,000

Man erkennt, dass die aus der Magnesiumlegierung MRI301F hergestellten Räder im Vergleich zu den aus den übrigen Legierungen hergestellten Rädern die mit Abstand höchste Lastwechselzahl haben. Nach 10 Millionen Lastwechseln konnten keinerlei Anrisse beobachtet werden, so dass die Versuche abgebrochen wurden.It can be seen that the wheels made of the magnesium alloy MRI301F compared to the made of the other alloys wheels by far the highest number of load cycles. After 10 million load changes no cracks could be observed, so that the experiments were stopped.

Nachfolgend sollen einige weitere vorteilhafte Eigenschaften der Magnesiumlegierungen MRI301F und MRI302F im Vergleich zu AZ80 und Aluminium näher erläutert werden. Aus den nachstehend aufgeführten Tabellen, in denen die mechanischen Eigenschaften der verschiedenen untersuchten Werkstoffe zusammengefasst sind, wird deutlich, dass die Legierungen MRI301F und MRI302F vor allem bei höheren Temperaturen deutlich bessere mechanische Eigenschaften als die Standardlegierung AZ80 haben und mit denen von Aluminium vergleichbar sind.following are some more advantageous properties of magnesium alloys MRI301F and MRI302F closer compared to AZ80 and aluminum be explained. From the tables below, in which the mechanical properties of the various studied Materials are summarized, it becomes clear that the alloys MRI301F and MRI302F especially at higher temperatures significantly better mechanical properties than the standard alloy AZ80 and comparable to those of aluminum.

Vergleich der mechanischen Eigenschaften bei RaumtemperaturComparison of mechanical Properties at room temperature

In Tabelle 2 sind einige ausgewählte mechanische Eigenschaften der Legierungen MRI301F und MRI302F bei Raumtemperatur (Zugversuch) zusammengefasst. Tabelle 2: Kenngröße AZ80 MRI301F MRI302F ALMgSi1 SP SCH. SP SCH. SP SCH. SP SCH. Streckgrenze Rp [MPa] 264 235 213 223 263 216 305 296 Zugfestigkeit Rm [MPa] 337 326 273 281 306 287 334 353 Bruchdehnung A [%] 10 10 11 8 8 12 11 10 Brucheinschnürung Z [%] 11 20 34 31 21 21 34 35 Table 2 summarizes some selected mechanical properties of alloys MRI301F and MRI302F at room temperature (tensile test). Table 2: parameter AZ80 MRI301F MRI302F AlMgSi1 SP SCH. SP SCH. SP SCH. SP SCH. Yield strength R p [MPa] 264 235 213 223 263 216 305 296 Tensile strength R m [MPa] 337 326 273 281 306 287 334 353 Elongation at break A [%] 10 10 11 8th 8th 12 11 10 Fracture Z [%] 11 20 34 31 21 21 34 35

Dabei stehen in dieser und in den nachfolgend aufgeführten Tabellen die Abkürzungen „SP" für stranggepresst und „SCH." für geschmiedet.there are listed in this and in the tables below the abbreviations "SP" for extruded and "SCH." forged.

Man erkennt, dass die aus der Aluminiumlegierung hergestellten Probekörper im direkten Vergleich zu den aus den Magnesiumlegierungen MRI301F und MR1302F hergestellten Probekörpern eine etwas höhere Festigkeit aufweisen. Demgegenüber sind die Werte für die Bruchdehnung nahezu identisch.you recognizes that the specimens prepared from the aluminum alloy in direct comparison to the magnesium alloys MRI301F and MR1302F prepared a slightly higher strength exhibit. In contrast, the values for the Elongation at break nearly identical.

Vergleich der mechanischen Eigenschaften bei einer Temperatur T = 150°CComparison of mechanical properties at a temperature T = 150 ° C

In Tabelle 3 sind die mechanischen Eigenschaften der Legierungen bei einer erhöhten Temperatur (150°C) zusammengefasst. Tabelle 3: Kenngröße AZ80 MRI301F MRI302F ALMgSi1 SP SCH. SP SP SP Streckgrenze Rp [MPa] 107 156 187 180 253 Zugfestigkeit Rm [MPa] 170 183 257 199 260 Bruchdehnung A [%] 52 56 23 26 24 Brucheinschnürung Z [%] 60 76 29 44 54 Table 3 summarizes the mechanical properties of the alloys at elevated temperature (150 ° C). Table 3: parameter AZ80 MRI301F MRI302F AlMgSi1 SP SCH. SP SP SP Yield strength R p [MPa] 107 156 187 180 253 Tensile strength R m [MPa] 170 183 257 199 260 Elongation at break A [%] 52 56 23 26 24 Fracture Z [%] 60 76 29 44 54

Aus Tabelle 3 wird deutlich, dass die Legierungen MRI301F und MRI302F besonders vorteilhafte Warmfestigkeitseigenschaften besitzen. Es zeigt sich, dass die Festigkeiten im Gegensatz zur AZ80-Legierung nur geringfügig absinken. Erwartungsgemäß steigen bei der AZ80-Legierung mit höherer Temperatur die Dehnungswerte im Vergleich zu den Ergebnissen bei Raumtemperatur stark an.Out Table 3 shows that the alloys MRI301F and MRI302F have particularly advantageous heat resistance properties. It shows that the strengths in contrast to the AZ80 alloy fall only slightly. As expected increase for the higher temperature AZ80 alloy, the elongation values strongly in comparison to the results at room temperature.

Kriechgeschwindigkeitencreep

In Tabelle 4 sind die Ergebnisse von Zugkriechversuchen bei 135°C und 85 MPa dargestellt. Tabelle 4: Legierung Kriechgeschwindigkeit [s–1] SP SCH. AZ80 2,8·10–7 5,97·10–7 MRI301F 1,32·10–11 1,23·10–11 MRI302F 1,23·10–10 3,74·10–8 AlMgSi1 1,74·10–10 - Table 4 shows the results of tensile creep tests at 135 ° C and 85 MPa. Table 4: alloy Creep speed [s -1 ] SP SCH. AZ80 2.8x10 -7 5.97 x 10 -7 MRI301F 1.32 · 10 -11 1.23 · 10 -11 MRI302F 1.23 · 10 -10 3.74 · 10 -8 AlMgSi1 1.74 × 10 -10 -

Es wird deutlich, dass die Legierung MRI301F in diesem Vergleich die geringste Kriechgeschwindigkeit aufweist. Die Kriechgeschwindigkeit der Legierung MRI302F ist mit derjenigen von Aluminium vergleichbar. Die herkömmliche Legierung AZ80 weist die höchste Kriechgeschwindigkeit auf, was vor allem im Verschraubungsbereich eines Rades problematisch werden kann, da sich dort die Radschrauben lösen können.It It becomes clear that the alloy MRI301F in this comparison is the lowest creep speed. The crawl speed The alloy MRI302F is comparable to that of aluminum. The conventional alloy AZ80 has the highest Creep on, especially in the bolting area a wheel can be problematic because there are the wheel bolts to be able to solve.

SpannungsrelaxationsversucheSpannungsrelaxationsversuche

In Tabelle 5 sind die Ergebnisse von Spannungsrelaxationsversuchen zusammengefasst. Bei diesen Untersuchungen wurde eine zylindrisch geformte Probe mit einer definierten Kraft verschraubt und bei verschiedenen Temperaturen über Zeiträume von insgesamt 110 Stunden thermisch belastet. Nach Ablauf der Versuche und Abkühlung auf Raumtemperatur wurde die verbliebene Vorspannkraft in % zur Ausgangskraft als Vergleichskriterium ausgewertet. Dabei wurde die Relaxation von Spannungen beispielsweise im Verschraubungsbereich der Magnesiumräder untersucht. Tabelle 5: Legierung 150°C 175°C 200°C 50 MPa 70 MPa 50 MPa 70 MPa 50 MPa 70 MPa Al-Referenz 100% 100% 100% 94% 89% 75% MRI301F 100% 100% 91% 95% 87% 80% Table 5 summarizes the results of stress relaxation experiments. In these investigations, a cylindrically shaped sample was screwed with a defined force and thermally stressed at various temperatures over periods of a total of 110 hours. After the end of the tests and cooling to room temperature, the remaining prestressing force in% of the initial force was evaluated as a comparison criterion. The relaxation of stresses was investigated, for example, in the bolted area of the magnesium wheels. Table 5: alloy 150 ° C 175 ° C 200 ° C 50 MPa 70 MPa 50 MPa 70 MPa 50 MPa 70 MPa Al reference 100% 100% 100% 94% 89% 75% MRI301F 100% 100% 91% 95% 87% 80%

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass es bei einer Temperatur von 150°C zu keinerlei Setzungs- und Relaxationserscheinungen kommt. Die eingestellte Vorspannung ist nach 110 Stunden bei Aluminium und Magnesium noch zu 100% vorhanden. Erst bei einer Erhöhung der Temperatur auf 175°C kommt es zu einer Spannungsrelaxation. Einen deutlicheren Abbau der eingestellten Kräfte war allerdings erst bei einer Temperatur von 200°C zu beobachten. Ein signifikanter Unterschied zwischen der MRI301F-Legierung und der Aluminium-Referenzlegierung war nicht erkennbar.The Experimental results show that it is at a temperature of 150 ° C to no subsidence and relaxation phenomena comes. The set Preload is still after 110 hours with aluminum and magnesium 100% available. Only at an increase in temperature at 175 ° C there is a stress relaxation. a clearer degradation of the set forces, however, was only to be observed at a temperature of 200 ° C. One Significant difference between the MRI301F alloy and the Aluminum reference alloy was not recognizable.

Ermüdungsfestigkeitfatigue strength

Die Ermüdungsfestigkeit wurde mittels Dauerschwingversuchen an stranggepresstem Formmaterial bestimmt (Versuchsparameter: Frequenz ca. 20 kHz, Lastverhältnis R = –1, (Zug- und Druck-Belastung)). Die Prüfung erfolgte an Raumluft und in einem Salzwassersprühnebel.The Fatigue strength was determined by fatigue tests determined on extruded molding material (test parameter: frequency approx. 20 kHz, load ratio R = -1, (tensile and compressive load)). The test was performed on room air and in a salt water spray.

Bei kubisch-flächenzentrierten Metallen (Aluminium) und hexagonalen Metallen wie Magnesium gibt es keine eigentliche Dauerfestigkeit. Es kommt zu einem mehr oder weniger steilen, aber stetigen Abfall der Spannung über der Lastspielzahl. Daher wurde als Maß für die Zeitfestigkeit die 107/50-Spannung angenommen (Spannung bei 107 Lastspielen und 50% Überlebenswahrscheinlichkeit).For cubic face-centered metals (aluminum) and hexagonal metals such as magnesium, there is no actual fatigue strength. It comes to a more or less steep, but steady drop in voltage over the number of cycles. Therefore, it was accepted as a measure of the fatigue strength, the 10 7/50 voltage (voltage at 10 7 load cycles and 50% survival).

Die Dauerfestigkeit wird definiert als 109/50-Spannung (Spannung bei 109 Lastspielen und 50% Überlebenswahrscheinlichkeit). Im Beanspruchungsfall Kraftfahrzeug sind allerdings keine größeren Lastspielzahlen zu erwarten. Es ergaben sich folgende, in Tabelle 6 dargestellten Schwingfestigkeiten. Tabelle 6 Kenngröße AZ80 MRI301F MRI302F ALMgSi1 RL SZW RL SZW RL SZW RL SZW 109/50-Spannung [MPa] 103 43 116 74 108 44 113 45 107/50-Spannung [MPa] 119 64 148 96 157 > 90 157 82 The fatigue strength is defined as 10 9/50 voltage (voltage at 10 load cycles 9 and 50% survival). In the claim case motor vehicle, however, no major load cycles are to be expected. The following fatigue strengths shown in Table 6 were obtained. Table 6 parameter AZ80 MRI301F MRI302F AlMgSi1 RL SZW RL SZW RL SZW RL SZW 10 9/50 voltage [MPa] 103 43 116 74 108 44 113 45 10 7/50 voltage [MPa] 119 64 148 96 157 > 90 157 82

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Legierung MRI301F in ihrem Eigenschaftsprofil der Aluminiumlegierung bei Raumluft (RL) auch bei der Ermüdungsfestigkeit gleichwertig ist und in einem Salzwassersprühnebel (SZW) sogar höhere 107/50 beziehungsweise 109/50-Spannungen aufweist.These results show that the alloy MRI301F in their property profile of the aluminum alloy at room air (RL) is equivalent also in fatigue strength and in a salt water spray (SZW) has even higher 10 7/50 and 10 9/50 voltages.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 1329530 A1 [0003] - EP 1329530 A1 [0003]

Claims (8)

Verwendung einer Magnesiumlegierung mit der Zusammensetzung 2,7–3,3 Gew.-% Nd, 1,8–2,4 Gew.-% Y, 0,2–0,8 Gew.-% Zn, 0,2–0,6 Gew.-% Zr, < 0,03 Gew.-% Si, < 0,005 Gew.-% Cu, < 0,005 Gew.-% Fe, < 0,001 Gew.-% Ni, Rest Mg mit unwesentlichen Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung eines Rades.Use of a magnesium alloy with the composition 2.7-3.3 Wt% Nd, 1.8-2.4% by weight of Y, 0.2-0.8 Weight% Zn, 0.2-0.6 wt% Zr, <0.03 wt% Si, <0.005 wt% Cu, <0.005 wt% Fe, <0.001% by weight of Ni, rest Mg with negligible impurities, as a material for production a wheel. Verwendung einer Magnesiumlegierung mit der Zusammensetzung 1,0–2,5 Gew.-% Zn, 0,05–0,4 Gew.-% Nd, 0,05–0,25 Gew.-% Y, 0,1–0,5 Gew.-% Zr, 0,03–0,15 Gew.-% eines Mischmetalls auf Ce-Basis, Rest Mg mit unwesentlichen Verunreinigungen, als Werkstoff zur Herstellung eines Rades.Use of a magnesium alloy with the composition 1.0-2.5 Weight% Zn, 0.05-0.4 wt% Nd, 0.05-0.25 Wt% Y, 0.1-0.5% by weight Zr, 0.03-0.15 % By weight of a Ce-based mischmetal, Remaining Mg with negligible impurities as a material for producing a wheel. Verfahren zur Herstellung eines Rades aus einer Magnesiumlegierung mit der Zusammensetzung 2,7–3,3 Gew.-% Nd, 1,8–2,4 Gew.-% Y, 0,2–0,8 Gew.-% Zn, 0,2–0,6 Gew.-% Zr, < 0,03 Gew.-% Si, < 0,005 Gew.-% Cu, < 0,005 Gew.-% Fe, < 0,001 Gew.-% Ni, Rest Mg mit unwesentlichen Verunreinigungen, durch Schmieden und anschließendes Abstrecken, wobei das Werkstück bei einer Temperatur zwischen 400°C und 450°C geschmiedet wird.Process for producing a magnesium alloy wheel with the composition 2.7-3.3 wt% Nd, 1.8-2.4 Wt% Y, 0.2-0.8% by weight of Zn, 0.2-0.6 Wt% Zr, <0.03 Wt.% Si, <0.005 Wt.% Cu, <0.005 Wt.% Fe, <0.001 Wt% Ni, Residual Mg with negligible impurities, by Forging and then stretching, with the workpiece at a temperature between 400 ° C and 450 ° C is forged. Verfahren zur Herstellung eines Rades aus einer Magnesiumlegierung mit der Zusammensetzung 1,0–2,5 Gew.-% Zn, 0,05–0,4 Gew.-% Nd, 0,05–0,25 Gew.-% Y, 0,1–0,5 Gew.-% Zr, 0,03–0,15 Gew.-% eines Mischmetalls auf Ce-Basis, Rest Mg mit unwesentlichen Verunreinigungen, durch Schmieden und anschließendes Abstrecken, wobei das Werkstück bei einer Temperatur zwischen 400°C und 450°C geschmiedet wird.Process for producing a magnesium alloy wheel with the composition 1.0-2.5 wt% Zn, 0.05-0.4 Wt% Nd, 0.05-0.25% by weight of Y, 0.1-0.5 Wt% Zr, 0.03-0.15 wt .-% of a mischmetal on Ce-based Remaining Mg with negligible impurities, by Forging and then stretching, with the workpiece at a temperature between 400 ° C and 450 ° C is forged. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von maximal 15 mm/s geschmiedet wird.Method according to claim 3 or 4, characterized that the workpiece with a speed of maximum 15 mm / s is forged. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück bei einer Temperatur zwischen 400°C und 450°C abgestreckt wird.Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that the workpiece at a temperature between 400 ° C and 450 ° C is stripped. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit einer Geschwindigkeit von maximal 0,7 m/min abgestreckt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece at a speed of a maximum of 0.7 m / min is stripped. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformen mit einem Umformgrad pro Walzschritt von maximal 0,5 erfolgt.Method according to one of claims 3 to 7, characterized in that the forming with a degree of deformation per rolling step of a maximum of 0.5 takes place.
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